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해양플랜트의 화재 및 폭발 예측을 위한 메탄 연소의 CFD 시뮬레이션
CFD Simulation of Methane Combustion for Estimation of Fire and Explosion in Offshore Plant 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.27 no.2 = no.111, 2013년, pp.59 - 68  

석준 (삼성중공업(주) 종합설계) ,  정세민 (부산대학교 조선해양공학과) ,  박종천 (부산대학교 조선해양공학과) ,  백점기 (부산대학교 조선해양공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Because of the recent increase in maritime cargo capacity, the production and price of crude oil have been rising. As oil prices have risen, many problems have occurred in the industry. To solve these problems, marine resources are being actively developed, and there has been an increase in the orde...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 해양플랜트 구조물 및 특수선에 대한 폭발 사고의 피해를 예측하기 위한 기초연구로써 3차원 버너를 이용한 연소현상에 대해 상용프로그램인 ANSYS-CFX ver.11을 이용해 시뮬레이션을 수행하였으며, Sandia National Laboratories (Barlow and Frank, 2007)에서 수행된 실험 및 Gobby(2004)의 시뮬레이션 결과와 비교·검증을 통해 적용 가능성을 검토하여 보았다.
  • 해양플랜트의 화재 및 폭발 사고의 피해 예측을 위한 기초연구로서 3차원 버너의를 이용한 연소 시뮬레이션에 대한 연구를 수행하였다. 시뮬레이션의 정도 향상을 위해 격자계, 화학반응식, 난류모델, 그리고 난류소산계수에 대해 다양한 테스트를 수행하였으며 이를 통해 최적의 계수를 추정하였다.

가설 설정

  • 시뮬레이션은 정상상태(Steady state)로 가정하였으며 계산이 수행되는 시간간격은 5.0×10-5 s이고 잔차(Residual)가 1.0×10-5이 하가 될 때 계산이 멈추도록 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
연소란 무엇을 의미하는가? 연소의 정의란, 산소와 급격한 반응을 일으켜 다량의 발열화학 반응을 하고, 그 결과 발광하면서 반응에 의해 발생하는 열에너지, 활성화학종에 의해 자발적으로 연소반응이 지속되는 현상으로, 공업적으로는 발열, 발광, 화학반응 현상이 동시에 일어나는 것을 의미한다. 연소의 필수 조건으로는 연료, 발화점이상의 온도, 일정량 이상의 산소 등을 들 수 있으며 기체, 액체 및 고체의 연료 연소 등으로 분류된다.
기체 연료 연소를 반응체 혼합상태에 따라 구분하면? 기체연료의 연소형태는 반응체의 혼합상태에 따라 예혼합연소(Premixed combustion)와 확산연소(Diffusion combustion)로 구분할 수 있다. 예혼합연소는 기체연료의 연소반응에 필요한 산소 또는 공기를 미리 혼합한 예혼합기(Premixture)를 연소시키는 것으로, 화염면이라고 하는 고온의 반응면이 형성되며, 자력으로 전파해 나가는 특징이 있다.
연소의 필수 조건은? 연소의 정의란, 산소와 급격한 반응을 일으켜 다량의 발열화학 반응을 하고, 그 결과 발광하면서 반응에 의해 발생하는 열에너지, 활성화학종에 의해 자발적으로 연소반응이 지속되는 현상으로, 공업적으로는 발열, 발광, 화학반응 현상이 동시에 일어나는 것을 의미한다. 연소의 필수 조건으로는 연료, 발화점이상의 온도, 일정량 이상의 산소 등을 들 수 있으며 기체, 액체 및 고체의 연료 연소 등으로 분류된다. 이 중 선박 및 해양구조물에서 자주 발생하는 기체 연료 연소는 기체 상태에의 연료와 산화제의 화학 반응에 의해 발생한다.
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참고문헌 (14)

  1. Barlow, R., Frank, J., 2007. Piloted $CH_{4}$ /Air Flames C, D, E, and F - Release 2.1. TNF Workshop, Washington USA. [Online] Available at: 

  2. Det Norske Veritas (DNV), 2007. Accident Statistics for Floating Offshore Units on the UK Continental Shelf 1980-2005. Health and Safety Executive(HSE) Report. [Online] Available at: 

  3. Gobby, D., 2004. Piloted Methane Jet Flame, ANSYS CFX Validation Report, CFX-VAL09/0404. 

  4. Jordan, T., Carcia, J., Hansen, O., Ledin, A., Middha, P., Molkov, V., Travis, J., Venetsanos, A.G., Verbecks, F., Xiao, J., 2007. Results of the Hysafe CFD Validation Benchmark SBEPV5. Proceedings of 2nd International Conference on Hydrogen Safety, San Sebastian Spain. [Online] Available at: 

  5. Kilian, C.A., 2005. Numerical Simulation of Non-premixed Laminar and Turbulent Flames by means of Flamelet Modelling Approaches. Doctoral Thesis of University at Politecnica de Catalunya. [Online] Available at: 

  6. Magnussen, Bjorn F., 2005. The Eddy Dissipaton Concept a Bridge Between Science and Technology. Invited Paper at ECCOMAS Thematic Conference on Computational Combustion, Lisbon Portugal. [Online] Available at: 

  7. Merci, B., Roekaerts, D., Peeters, T.W.J., Dick, E., 2000. The Impact of the Turbulence Model and Inlet Boundary Conditions on Calculation Results for Reacting Flows. Proceedings of the 5th International Workshop on Measurements and Computation of Turbulent Nonpremixed Flames, Delft Netherlands. [Online] Available at: 

  8. Middha, P., Hansen, O.R., Storvik, I.E., 2009. Validation of CFDmodel for Hydrogen Dispersion. Journal of Loss Prevention in the Precess Industries, 22(6), 1034-1038. 

  9. Ogami, Y., Fukumoto, K., 2010. Simulation of Combustion by Vortex Method. Computers & Fluids, 39(4), 592-603. 

  10. Pate­Cornell, M.E., 1993. Learning from the Piper Alpha Accident: A Postmortem Analysis of Technical and Organizational Factors. Risk Analysis, 13(2), 215-232. 

  11. Perkovic, L., Baburic, M., Priesching, P., Duic, N., 2009. CFD Simulation of Methane Jet Burner. Proceeding of the European Combustion Meeting, Vienna Austria. [Online] Available at: 

  12. Statistics Korea. [Online] Available at: http://www.kostat.go.kr. 

  13. Wilkening, H., Baraldi, D., Heitsch, H., 2008. CFD Simulation of Light Gas Release and Mixing in the Battelle Model-Containment with CFX. Nuclear Engineering and Design, 238(3), 618-626. 

  14. Yaldizli, M., Mehravaran, K., Mogammad, H., Jaberi, F.A., 2008. The Structure of Partially Premixed Methane Flames in Highintensity Turbulent Flows. Combustion and Flame, 154(4), 692-714. 

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